Оптические датчики на макете позволяют достаточно точно идентифицировать местоположение единиц подвижного состава. Однако они не лишены недостатков. Рассмотрим некоторые из них при помощи модели, состоящей из оптического передатчика- ИК фотодиода и оптического приемника - ИК фототранзистора. ИК передатчик работает в импульсном режиме. Расположение передатчика и приемника организовано для работы на отражение. На выход приемника подключено пороговое устройство - ПУ, которое меняет свое состояние на противоположное при достижении входным сигналом определенного уровня. Например, при уровне входного сигнала 0-10мВ на выходе ПУ 0В, при уровне выше 10-11мВ на его выходе +5В

Ситуация 1 - идеальная. Паразитных источников нет. Импульсный ИК сигнал от передатчика отражается от дна локомотива и попадает на ИК приемник без искажений. При отсутсвии локомотива над датчиком сигнал от передатчика не попадает на приемник - на выходе ПУ - 0В, как только мы помещаем локомотив над датчиком уровень отраженного сигнала резко возрастает - на выходе ПУ имеем +5В (здесь и далее разная яркость луча в разных точках осциллограммы на экране осциллографа обусловлена только разностью времен развертки луча и выдержки затвора фотоаппарата)



Ситуация 2. Локомотив на датчиком отсутствует, над датчиком на высоте 3м находится светильник из четырех ЛДС.



Имеем кроме полезного сигнала паразитную помеху частотой 50Гц, которая значительно искажает сигнал. В результате ПУ будет отрабатывать превышение уровня не по полезному сигналу, а по паразитной синусоиде 50Гц, что будет восприниматься как наличие локомотива над датчиком.

Ситуация 3. Локомотив над датчиком присутствует, ЛДС также включены.



На осциллограмме видно, что уровень полезного отраженного сигнала значительно возрос, однако составляющая 50Гц сохранилась - из-за подсветки через зазоры между рельсами и корпусом локомотива. Ее уровень будет изменяться в зависимости от места расположения ламп освещения.

Ситуация 4. Локомотива нет. На расстоянии 3-4см под углом 45градусов работает ИК пульт дистанционного управления телевизора - ПДУ.



Ситуация 5. Над датчиком локомотив. ПДУ продолжает работать.



Ситуация 6. Работа фотовспышки. Реально сфотографировать этот процесс не получилось, но зрительно выглядит как наличие довольно дикой по размаху помехи.

Ситуация 7. Засветка солнечным светом. в зависимости от интенсивности пучка от Солнца и углового положения Солнца к полотну имеет место полное запирание приемника (постоянное напряжение на выходе приемника) и как следствие потеря чувствительности. При наличии локомотива, при определенных углах засветки работа датчика все-таки возможна.

Из картинок видно, что локомотив, в большинстве случаев, является достаточно надежной преградой для помех, при этом уровень полезного сигнала превышает уровень помех. Стоит задача идентификации полезного сигнала.

Для ее решения разработана следующая схема:



В кратце принцип действия заключается в следующем: Светодиод ИК диапазона формирует пачку импульсов. Эта пачка, отразившись от препятствия (в частности, дна локомотива) поступает на фототранзистор. Конденсатор С служит для исключения из входного сигнала постоянной составляющей, обусловленной источниками с постоянной яркостью (ручные фонари, солнечный свет).

В связи с наличием конденсатора мы в дальнейшем теряем постоянную составляющую сигнала, чем ухудшаем с/ш. Чтобы не усложнять устройство схемой восстановления импульсы будем формировать с большой скважностью (здесь выбрана 5).

Диод Д311 "отрезает" возможные отрицательные выбросы сигнала напряжением более минус 0.1-0.2В. (Допустимый нижний предел входного напряжения контроллера минус 0.5В макс.).

Переменным резистором устанавливаем порог срабатывания компаратора. Диод VD1 служит для контроля за срабатыванием компаратора (любое превышение порога - от ПДУ, лампы, СОлнца и т.д.)

Диод VD2 - рабочий выход - регистрирует только сигнал от диода VD3.

Касательно схемы - все.

О программе. Формируем последовательность 01110010 на выходе РВ2. Каждый бит представлен периодом длительностью в 500 циклов, из которых 400 - лог.0, а 100 - состояние, определяемое собственно самим битом. Биты передаются последовательно. На 450-м такте производится выборка состояния компаратора. Если переданное и считанное значения равны, то заранее установленная переменная tresh не уменьшается на единицу. В приведенной реализации программы последовательность "крутится" 16 раз, таким образом имеем 16Х8=128 бит на передачу, потом проверяем их на соответствие. Если в результате проверки tresh остается равной 128, это означает, что все биты совпали - мы регистрируем отражение сигнала - наличие локомотива.

Снижение значения tresh указывает на наличие помехи, либо на отсутствие локомотива над датчиком.

Схема проверялась на работоспособность прогоном локомотива и воздействием на датчик лампами ЛДС (4шт.) с высоты подвеса 3м, настольной лампой 60Вт на расстоянии 12см от датчика при прямой и боковой засветках, ПДУ в "лоб" и с боковых углов, фотовспышкой. На влияние дневного света не проверялась в виду пасмурной погоды. В помещении при дневном освещении работает устойчиво без сбоев.

Схема показала себя достаточно работоспособной за исключением случаев боковой подсветки настольной лампой, когда в зазор между локомотивом и рельсами при определенных (достаточно узких) углах на датчик попадал достаточно мощный световой поток, в этом случае фототранзистор входил в насыщение.

Схема и исходный текст на Си находятся в файле: optic.zip

Возможно изготовление данного устройства на заказ. Подробности запрашивайте почтой.